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基于分块图形的堤岸沉降方法 摘要：当现状堤防的断面尺寸不满足《堤防工程设计规范》的规定要求,需对现状堤身断面进行加高培厚。沉降计算是堤防设计计算的重要内容,加高培厚断面的不规则性及应力分布的不规则使得分层总和法无法较准确求解加固后堤身和堤基的沉降量。本文推荐的角点叠加法以分块图形计算为基础、采用分布节点表示堤基最终沉降量,该方法可用于计算加固后堤基各部位的沉降量。经工程实践验证,该方法简明清晰,是堤基沉降量计算较为可行的方法,可为堤防加固工程设计方案的选择提供较准确的沉降数据。 扬州境内长江干流长约80.4 km,江港堤防长约110 km,场地地貌分区为长江三角洲平原区。部分现状堤段的堤顶高程、顶宽、边坡等堤防断面不满足《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)要求,须对堤身断面进行加高培厚。江堤的地基广泛分布于全新世流塑状淤泥质土,灰色稍～中密粉土、粉细砂(局部夹粉质黏土);大部分堤段分布于深厚第2层淤泥质粉质黏土、淤泥质重粉质壤土,该层土力学强度差,对堤防的沉降稳定不利。在此类地基上对旧堤防(现状堤防)进行加高培厚设计时,需控制加固后新筑堤防的沉降量,减小新旧堤防之间的沉降差,保证加固后堤防的整体稳定性。在《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)中规定,可采用分层总和法计算堤身和堤基最终沉降量。在旧堤防基础上进行加高培厚后形成的新堤防,新加固的土方断面为不规则图形,应力分布具有不规则性,使得分层总和法在堤防工程设计中,本文以分层总和法的计算理论为基础,提出了角点叠加的计算方法,计算加固后堤基各部位的沉降量,得出因加固堤防而产生的沉降差,为给出合适的堤基处理工程措施及经济合理的堤基处理方案提供了理论依据。1 堤基沉降计算方法1.1 地基沉降地基土的沉降计算涉及荷载作用下土中应力分布、土层的物理力学指标和计算方法等。地基土的沉降分为初始沉降、固结沉降和次固结沉降。堤防加固设计中的沉降计算一般根据堤基的地质条件、土层的压缩性、堤身的断面尺寸和荷载分为若干段,每段选取代表性断面进行。1.2 规范中提出的计算方法《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)中的堤防沉降计算方法为分层总和法,其计算公式为: 式中:采用分层总和法进行沉降计算时,可将堤身应力简化并划分为一个矩形和两个三角形,查表分别计算其最终沉降量。堤基压缩层的计算厚度可按堤基计算处土的附加应力与自重应力比值小于0.2控制。2 角点叠加法计算堤防沉降步骤2.1 角点叠加法计算堤防沉降的方法介绍扬州市长江堤防历经数次加高培厚,显著提升了江堤的防洪能力,但现状堤顶高程、顶宽、边坡等堤防断面要素与目前的设计标准规定值仍有很大差距,故需进行加固建设。旧堤防加高培厚后,部分土方在旧堤上加高,部分土方填筑在新堤基上,除新筑堤的沉降外,旧堤因新加应力将发生新的沉降,使得堤基沉降量的计算变得较复杂。旧堤(现状堤防)加高培厚的示意如图1所示。图1中堤身断面形式,因新加土方为不规则形状,将新旧堤防分格简化为多个矩形和三角形的结合体如图2,先计算由①和②两个三角形荷载产生的应力,再分别减去多算的⑥和⑦、原堤防所代表的③、④和⑤等部分荷载产生的应力,即可得出筑堤新增荷载对地基各土层产生的应力,从而计算各土层的沉降变形量,为线性显示整个堤基的不同部位的沉降量分布状况,分别对(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)等7个点(见图3)分别计算其最终沉降。以上由分块图形计算、由分布的节点表示出堤基最终沉降量的方式,命名为角点叠加法。2.2 附加应力计算如 式中:参考文献 其中:式中:基底三角形荷载作用下的地基附加应力(图 其中:式中:依据上述公式,可以计算各部分荷载在地基中各个点位各土层的附加应力。本次计算共选取了 沉降量计算地基沉降计算采用分层总和法进行计算。根据计算得到的各个点位各土层的附加应力,以及地质勘探报告个土层的压缩模量,可计算各土层在附加应力下的沉降变形量: 式中: 式中:堤基压缩层计算厚度,按下式确定: 式中:对每个点位各个土层中沉降变形量进行累加,可得到计算断面上各个点位的地基沉降量。 角点叠加法计算堤基沉降实例 典型断面的堤基沉降计算扬州